用 Java 打乱数组的有效方法295

在 Java 中，打乱数组是一个常见且有用的操作，它可以用于各种应用程序，例如洗牌、抽样和生成随机序列。本文将探讨在 Java 中打乱数组的几种有效方法，并比较它们的优缺点。

Fisher-Yates 算法

Fisher-Yates 算法是一种广泛使用的打乱算法，它以其简单性和效率而闻名。该算法通过以下步骤工作：1. 从数组的末尾开始，遍历每个元素 i。
2. 生成一个随机索引 j，其中 j < i。
3. 交换数组中索引为 i 和 j 的元素。

public void shuffleArray(int[] array) {
Random random = new Random();
for (int i = - 1; i > 0; i--) {
int j = (i + 1);
int temp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = temp;
}
}

Fisher-Yates 算法的平均时间复杂度为 O(n)，其中 n 是数组的长度。它易于理解和实现，并且在大多数情况下表现良好。

Knuth 算法

Knuth 算法是另一种流行的打乱算法，它基于 Fisher-Yates 算法。它增加了一个额外的步骤，在交换元素之前对它们进行随机排序：1. 从数组的末尾开始，遍历每个元素 i。
2. 生成一个随机索引 j，其中 j < i。
3. 对索引为 i 和 j 的元素进行排序。
4. 交换数组中索引为 i 和 j 的元素。

public void shuffleArray(int[] array) {
Random random = new Random();
for (int i = - 1; i > 0; i--) {
int j = (i + 1);
if (array[i] < array[j]) {
int temp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = temp;
}
}
}

与 Fisher-Yates 算法相比，Knuth 算法可以提供更均匀的分布，尤其是在数组元素已经排序或部分排序的情况下。它的平均时间复杂度也为 O(n)。

Java Collections 框架提供了 方法，它可以使用任何给定的随机数生成器打乱列表。该方法使用 Fisher-Yates 算法作为其实现：
List list = new ArrayList();
(list);

方法易于使用，因为它不需要手动生成随机数。但是，它需要对列表进行额外复制，这可能会影响性能。

Random 对象

Java Random 对象提供了 nextInt(int bound) 方法，它可以生成一个从 0 到 bound-1 之间的均匀分布的随机整数。我们可以使用此方法来创建我们自己的打乱算法：
public void shuffleArray(int[] array) {
Random random = new Random();
for (int i = - 1; i > 0; i--) {
int j = (i + 1);
int temp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = temp;
}
}

这种方法与 Fisher-Yates 算法类似，但它使用 Random 对象而不是生成随机索引的 for 循环。它具有与 Fisher-Yates 算法相同的时间复杂度。

比较

下表比较了每种打乱算法的优缺点：| 算法 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| Fisher-Yates | 简单，高效 | 不适用于部分排序的数组 |
| Knuth | 更均匀的分布 | 适用于部分排序的数组，但速度较慢 |
| | 易于使用 | 需要额外复制，可能会影响性能 |
| Random 对象 | 自定义打乱，易于使用 | 与 Fisher-Yates 算法相同 |

在 Java 中打乱数组需要考虑数组的性质和所需的性能级别。Fisher-Yates 算法是大多数情况下最简单的选择，它提供了良好的运行时间和随机性。对于部分排序的数组，Knuth 算法可以提供更好的分布，但速度较慢。 方法易于使用，但需要额外的复制。此外，如果需要自定义打乱，可以使用 Random 对象创建自定义算法。

2024-12-06

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